(57)【要約】  ２気筒α型のスターリングエンジン１０Ａが備える直列平行に配置された高温側気筒２０および低温側気筒３０間で、スターリングエンジン１０Ａの作動流体を流通させる複数の伝熱管７１Ａからなる伝熱管群７０Ａを備え、伝熱管群７０Ａが、伝熱管群７０Ａの一端または他端のうちいずれか一方を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部Ｇ１と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部Ｇ２と、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを折り返すようにして結ぶ折り返し部Ｇ３とを備える。
2011118033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、
前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備えるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記接続部が、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを折り返すようにして結ぶ折り返し部であり、
前記折り返し部が、前記立ち上がり部および前記立ち下がり部が連なる一対の折り曲げ端部を備えており、
前記一対の折り曲げ端部が互いにオフセットするとともに、該一対の折り曲げ端部のオフセット間隔が、オフセット方向において前記立ち上がり部および前記立ち下がり部の間に隙間を形成可能な間隔に設定されており、且つ前記立ち上がり部および前記立ち下がり部が、オフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられているスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項３】
請求項２記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記立ち上がり部を第１の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を第２の平面に沿って配置したスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項４】
請求項１または２記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備えたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項５】
請求項３記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備えており、前記接続部を複数備えることで形成される新たな立ち上がり部を前記第１の平面に沿って配置するとともに、前記接続部を複数備えることで形成される新たな立ち下がり部を前記第２の平面に沿って配置したスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が互いに等長であるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項７】
請求項１から５いずれか１項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が互いに等長、且つ同形状であるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項８】
請求項７記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記接続部における前記複数の配管の部分密度を、前記立ち上がり部および前記立ち下がり部における前記複数の配管の部分密度よりも大きくしたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項９】
請求項１または２記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状を有しており、
前記配管群が、前記片寄った形状が互いに離れるように一端および他端が互いに逆向きに設けられた第１の部分配管群および第２の部分配管群を備えるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項１０】
請求項９記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記第１の部分配管群において、前記立ち上がり部を第１の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を第２の平面に沿って配置し、
前記第２の部分配管群において、前記立ち上がり部を第２の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を第１の平面に沿って配置したスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項１１】
請求項１０記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記接続部を複数備え、
前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部それぞれが、該接続部の数で前記２つの気筒のボアピッチを割った長さを有して前記範囲を均等に区分するそれぞれの範囲内に、一端側から他端側に向かって順に含まれるように設けられているスターリングエンジンの熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスターリングエンジンの熱交換器に関し、特に２気筒α型のスターリングエンジンが備える２つの気筒間で該スターリングエンジンの動作流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備えたスターリングエンジンの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するために、理論熱効率に優れたスターリングエンジンが注目されてきている。スターリングエンジンは高い熱効率が期待できる上に、作動流体を外から加熱する外燃機関であるために、熱源を問わず、ソーラー、地熱、排熱といった各種の低温度差代替エネルギーを活用でき、省エネルギーに役立つという利点がある。スターリングエンジンの熱交換器に関し、特に複数の配管を備えた熱交換器に関する技術である点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８０３５８号公報
【特許文献２】特開平６−１９３５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２つの気筒が直列平行に配置された２気筒α型のスターリングエンジンにおいて、多管式熱交換器（shell and tube exchanger, tubular exchanger）を用いて２つの気筒間で作動流体を流通させるにあたっては、例えば熱交換器の形状を概ねＵ字形の形状とすることが考えられる。この点、かかる形状は２つの気筒が直列平行に配置された構成の２気筒α型のスターリングエンジンに照らしても構造上、合理的であると考えられる。しかしながら、概ねＵ字形の形状を有する熱交換器の場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも配管長が短くなり、流通抵抗が小さくなる。このためこの場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも作動流体の流量が大きくなる。またこの場合には、内側に位置する配管を流通する作動流体のほうが、外側に位置する配管を流通する作動流体よりも熱交換時間が短くなる。すなわちこの場合には、このようにして内側に位置する配管を流通する作動流体の作用が相対的に大きくなることで、スターリングエンジンの熱効率が低下するという問題がある。【０００５】
これに対して、例えば特許文献１が開示する技術は、かかる問題を解決できると考えられる。しかしながら、特許文献１の開示技術では、例えば当該特許文献１の実施例１で具体的に開示されている構造など、適用する構造次第では、管同士の干渉が問題となることから熱交換器により多くの管を設けることが困難となり、この結果、より高い熱交換性能を得ることが困難になる場合があると考えられる。一方、これに対して特許文献１の開示技術では、熱交換器により多くの管を設けるための構造に関しては特段言及されておらず、このことからも２つの気筒が直列平行に配置された構成の２気筒α型のスターリングエンジンについて、これらの問題を解決可能な構造を備える熱交換器が望まれる。【０００６】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることが可能な、さらには熱交換性能の更なる向上や製作容易性の向上を図ることが可能なスターリングエンジンの熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備えるスターリングエンジンの熱交換器である。【０００８】
また本発明は前記接続部が、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを折り返すようにして結ぶ折り返し部であり、前記折り返し部が、前記立ち上がり部および前記立ち下がり部が連なる一対の折り曲げ端部を備えており、前記一対の折り曲げ端部が互いにオフセットするとともに、該一対の折り曲げ端部のオフセット間隔が、オフセット方向において前記立ち上がり部および前記立ち下がり部の間に隙間を形成可能な間隔に設定されており、且つ前記立ち上がり部および前記立ち下がり部が、オフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている構成であることが好ましい。【０００９】
また本発明は前記立ち上がり部を第１の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を第２の平面に沿って配置した構成であることが好ましい。【００１０】
また本発明は前記配管群が前記接続部を複数備えた構成であることが好ましい。【００１１】
また本発明は前記配管群が、前記接続部を複数備えており、前記接続部を複数備えることで形成される新たな立ち上がり部を前記第１の平面に沿って配置するとともに、前記接続部を複数備えることで形成される新たな立ち下がり部を前記第２の平面に沿って配置した構成であることが好ましい。【００１２】
また本発明は前記複数の配管が互いに等長である構成であることが好ましい。【００１３】
また本発明は前記複数の配管が互いに等長、且つ同形状である構成であることが好ましい。【００１４】
また本発明は前記接続部における前記複数の配管の部分密度を、前記立ち上がり部および前記立ち下がり部における前記複数の配管の部分密度よりも大きくした構成であることが好ましい。【００１５】
また本発明は前記複数の配管が、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状を有しており、前記配管群が、前記片寄った形状が互いに離れるように一端および他端が互いに逆向きに設けられた第１の部分配管群および第２の部分配管群を備える構成であることが好ましい。【００１６】
また本発明は前記第１の部分配管群において、前記立ち上がり部を第１の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を第２の平面に沿って配置し、前記第２の部分配管群において、前記立ち上がり部を第２の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を第１の平面に沿って配置した構成であることが好ましい。【００１７】
また本発明は前記接続部を複数備え、前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部それぞれが、該接続部の数で前記２つの気筒のボアピッチを割った長さを有して前記範囲を均等に区分するそれぞれの範囲内に、一端側から他端側に向かって順に含まれるように設けられている構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることができる。また本発明によれば、さらには熱交換性能の更なる向上や製作容易性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１にかかる加熱器を備えたスターリングエンジンを示す図である。
【図２】実施例１にかかるスターリングエンジンのピストン・クランク部の概略構成図である。
【図３】実施例１にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図４】伝熱管および伝熱管群についての補足説明図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図５】実施例１にかかる加熱器を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図６】実施例２にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図７】実施例２にかかる加熱器を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図８】実施例３にかかる伝熱管を単体で示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図９】実施例３にかかる伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図１０】実施例３にかかる伝熱管についての説明図である。
【図１１】実施例３にかかる伝熱管群の変形例を示す図である。
【図１２】実施例３にかかる伝熱管の変形例についての説明図である。
【図１３】実施例３にかかる伝熱管群についての説明図である。
【図１４】実施例２、３にかかる伝熱管群の比較説明図である。
【図１５】伝熱管および伝熱管群の第１の変形例を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図１６】伝熱管および伝熱管群の第２の変形例を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図１７】伝熱管および伝熱管群の第３の変形例を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図１８】第３の変形例にかかる加熱器を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図１９】伝熱管および伝熱管群の第４の変形例を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図２０】第４の変形例にかかる加熱器を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本実施例にかかるスターリングエンジンの熱交換器である加熱器４７Ａを備えたスターリングエンジン１０Ａを模式的に示す図である。スターリングエンジン１０Ａは、２気筒α型のスターリングエンジンである。スターリングエンジン１０Ａは、クランク軸線ＣＬの延伸方向と気筒配列方向Ｘとが互いに平行になるように直列平行に配置された２つの気筒である高温側気筒２０および低温側気筒３０を有している。高温側気筒２０は膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とを、低温側気筒３０は圧縮ピストン３１と低温側シリンダ３２とをそれぞれ備えている。圧縮ピストン３１は、膨張ピストン２１に対して、クランク角で９０°程度遅れて動くように位相差が設けられている。【００２２】
高温側シリンダ２２の上部空間は膨張空間となっている。膨張空間には加熱器４７Ａで加熱された作動流体が流入する。加熱器４７Ａは本実施例では具体的には車両に搭載されたガソリンエンジンの排気管１００の内部に配置されている。この点、スターリングエンジン１０Ａは、排気ガスの流通方向Ｖ１に対して、クランク軸線ＣＬの延伸方向（換言すれば気筒配列方向Ｘ）が平行になるように配置されている。加熱器４７Ａにおいて、作動流体は高温熱源を構成する流体である排気ガスから回収した熱エネルギーにより加熱される。
低温側シリンダ３２の上部空間は圧縮空間となっている。圧縮空間には冷却器４５で冷却された作動流体が流入する。
再生器４６は、膨張空間、圧縮空間の間を往復する作動流体との間で熱の授受を行う。再生器４６は具体的には、作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れる時には作動流体から熱を受け取り、作動流体が圧縮空間から膨張空間へと流れる時には蓄えられた熱を作動流体に放出する。
作動流体には空気が適用されている。但しこれに限られず、作動流体には例えばＨｅ、Ｈ２、Ｎ２等の気体を適用することができる。【００２３】
次にスターリングエンジン１０Ａの動作について説明する。加熱器４７Ａで作動流体が加熱されると、膨張して膨張ピストン２１が圧下され、これにより駆動軸（クランクシャフト）１１３の回動が行われる。次に膨張ピストン２１が上昇行程に移ると、作動流体は加熱器４７Ａを通過して再生器４６に移送され、そこで熱を放出して冷却器４５へと流れる。冷却器４５で冷却された作動流体は圧縮空間に流入し、さらに圧縮ピストン３１の上昇行程に伴って圧縮される。このようにして圧縮された作動流体は、今度は再生器４６から熱を奪いながら温度を上昇して加熱器４７Ａへ流れ込み、そこで再び加熱膨張せしめられる。すなわち、かかる作動流体の往復流動を通じてスターリングエンジン１０Ａが動作する。【００２４】
ところで、本実施例ではスターリングエンジン１０Ａの熱源が車両の内燃機関の排気ガスとなっていることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０Ａを作動させる必要がある。そこで本実施例では、スターリングエンジン１０Ａの内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。具体的にはスターリングエンジン１０Ａの内部フリクションのうち、最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間で気体潤滑を行っている。【００２５】
気体潤滑ではシリンダ２２、３２とピストン２１、３１の間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１を空中に浮いた形にする。気体潤滑は摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン１０Ａの内部フリクションを大幅に低減させることができる。空中に物体を浮上させる気体潤滑には、具体的には例えば加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体を浮上させる静圧気体潤滑を適用することができる。但しこれに限られず、気体潤滑は例えば動圧気体潤滑であってもよい。【００２６】
気体潤滑が行われるシリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間のクリアランスは数十μmとなっている。そして、このクリアランスにはスターリングエンジン１０Ａの作動流体が介在している。ピストン２１、３１それぞれは、気体潤滑によりシリンダ２２、３２と非接触の状態、または許容できる接触状態で支持されている。したがってピストン２１、３１の周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。気体潤滑では、微小クリアランスにより膨張空間、圧縮空間それぞれの気密が保たれ、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールが行われる。【００２７】
さらにピストン２１、３１とシリンダ２２、３２とはともに金属製であり、本実施例では具体的には対応するピストン２１、３１およびシリンダ２２、３２同士で線膨張率が同じ金属（ここではＳＵＳ）が適用されている。これにより、熱膨張があっても適正なクリアランスを維持して気体潤滑を行うことができる。【００２８】
ところで気体潤滑の場合、負荷能力が小さいことから、ピストン２１、３１のサイドフォースを実質的にゼロにしなくてはならない。すなわち、気体潤滑を行う場合にはシリンダ２２、３２の直径方向（横方向，スラスト方向）の力に耐える能力（耐圧能力）が低くなるため、シリンダ２２、３２の軸線に対するピストン２１、３１の直線運動精度が高い必要がある。【００２９】
このため、本実施例ではピストン・クランク部にグラスホッパの機構５０を採用している。直線運動を実現する機構にはグラスホッパの機構５０のほか例えばワットの機構があるが、グラスホッパの機構５０は他の機構に比べて、同じ直線運動精度を得るために必要な機構のサイズが小さくて済むため、装置全体がコンパクトになるという効果が得られる。特に本実施例のスターリングエンジン１０Ａは、自動車の床下といった限られたスペースに設置されることになるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。またグラスホッパの機構５０は、同じ直線運動精度を得るために必要な機構の重量が他の機構よりも軽量で済むため、燃費の点で有利である。さらにグラスホッパの機構５０は機構の構成が比較的簡単であるため、構成（製造・組み立て）し易いという利点も有する。【００３０】
図２はスターリングエンジン１０Ａのピストン・クランク部の概略構成を模式的に示す図である。なお、ピストン・クランク部には高温側気筒２０側と低温側気筒３０側とで共通の構成を採用しているため、以下では、高温側気筒２０側についてのみ説明し、低温側気筒３０側についての説明は省略する。近似直線機構は、グラスホッパの機構５０と、コネクティングロッド１１０と、エクステンションロッド１１１と、ピストンピン１１２とを備えている。膨張ピストン２１は、コネクティングロッド１１０、エクステンションロッド１１１およびピストンピン１１２を介して駆動軸１１３に接続されている。具体的には、膨張ピストン２１はピストンピン１１２を介してエクステンションロッド１１１の一端側に接続されている。そして、エクステンションロッド１１１の他端側にはコネクティングロッド１１０の小端部１１０ａが接続されている。そして、コネクティングロッド１１０の大端部１１０ｂが駆動軸１１３に接続されている。【００３１】
膨張ピストン２１の往復運動は、コネクティングロッド１１０によって駆動軸１１３に伝達され、ここで回転運動に変換される。コネクティングロッド１１０はグラスホッパの機構５０によって支持されており、膨張ピストン２１を直線状に往復運動させる。このように、コネクティングロッド１１０をグラスホッパの機構５０によって支持することにより、膨張ピストン２１のサイドフォースＦがほとんどゼロになる。このため、負荷能力の小さい気体潤滑を行う場合でも十分に膨張ピストン２１を支持することができる。【００３２】
次に、加熱器４７Ａについて図３を用いてさらに具体的に説明する。ここで、加熱器４７Ａは多管式熱交換器となっており、作動流体を流通させる複数の配管に相当する複数の伝熱管７１Ａを備える。伝熱管７１Ａは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねＶ字状の形状を有している。伝熱管７１Ａの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２が設けられている。伝熱管７１Ａには具体的にはＳＵＳチューブが用いられている。【００３３】
そして、複数の伝熱管７１Ａは伝熱管群７０Ａを構成する。なお、図３では説明の便宜上、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａとして２つの伝熱管７１Ａを示している。伝熱管群７０Ａは具体的には１列状の集合をなすように配置される複数の伝熱管７１Ａで構成される。さらに具体的には伝熱管群７０Ａは、互いに直列平行に、且つ等間隔で配置される複数の伝熱管７１Ａで構成される。この点、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａは、具体的には気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列に配置されるようになっている。したがって、複数の伝熱管７１Ａそれぞれは、図３（ａ）に示すように気筒配列方向Ｘを水平方向に合わせて気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに直交する方向Ｚに沿って見た場合に、左右対称な形状になっている。伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａそれぞれは互いに等長で、且つ同形状となっている。伝熱管群７０Ａは、立ち上がり部Ｇ１と、立ち下がり部Ｇ２と、折り返し部Ｇ３と、一端部Ｇ４と、他端部Ｇ５とを備えている。【００３４】
立ち上がり部Ｇ１は、伝熱管群７０Ａが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸した中間の部分となっている。立ち上がり部Ｇ１は、具体的には伝熱管７１Ａのうち、気筒延伸方向Ｙにおいて一端から離れるように延伸していると見た場合に、気筒配列方向Ｘにおいて他端に近づくように延伸することで、立ち上がるように延伸した中間の部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。このように構成された立ち上がり部Ｇ１は、第１の平面Ｓ１に沿って配置されている。第１の平面Ｓ１は気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な平面となっている。【００３５】
立ち下がり部Ｇ２は、伝熱管群７０Ａが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち下がるように延伸した中間の部分となっている。立ち下がり部Ｇ２は、具体的には伝熱管７１Ａのうち、気筒延伸方向Ｙにおいて他端に近づくように延伸していると見た場合に、気筒配列方向Ｘにおいて一端から離れるように延伸することで、立ち下がるように延伸した中間の部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。立ち下がり部Ｇ２は第２の平面Ｓ２に沿って配置されている。第２の平面Ｓ２は気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な、すなわち第１の平面Ｓ１と平行な平面となっている。【００３６】
折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを折り返すようにして結ぶ部分となっている。この点、折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを裏返すようにして結ぶ接続部に相当している。折り返し部Ｇ３は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、立ち上がり部Ｇ１を形成する部分と、立ち下がり部Ｇ２を形成する部分とを、気筒配列方向Ｘと交差するとともに気筒延伸方向Ｙに直交するように結ぶ部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。【００３７】
折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２が連なる一対の折り曲げ端部Ｅを備えている。一対の折り曲げ端部Ｅは互いにオフセットしており、具体的には方向Ｚをオフセット方向として互いに均等にオフセットしている。また一対の折り曲げ端部Ｅのオフセット間隔は、オフセット方向において立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２の間に隙間を形成可能な間隔Ｗに設定されている。このため、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２も間隔Ｗのオフセット間隔を有し、第１の平面Ｓ１に沿って配置された立ち上がり部Ｇ１と、第１の平面Ｓ１と平行な第２の平面Ｓ２に沿って配置された立ち下がり部Ｇ２とは間隔Ｗのオフセット間隔を有することで、図３（ｂ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。【００３８】
なお、立ち上がり部Ｇ１を平面（ここでは第１の平面Ｓ１）に沿って配置した場合に、立ち上がり部Ｇ１を形成する部分の複数の伝熱管７１Ａは、例えば図４に示す伝熱管群７０Ａ´のように平面上に厳密に配置されていなくてもよい。これは立ち下がり部Ｇ２のほか、折り返し部Ｇ３など他の部分についても同様であり、さらに以下の実施例においても同様である。この点、図４に示すような状態は、例えば製造誤差に起因して大なり小なり発生し得る。これに対して間隔Ｗは、平面に沿って配置された立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２が、図４に示すような状態においても、図４（ｃ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合に互いに重ならないようにすることが可能なオフセット間隔に設定されている。この点、間隔Ｗは少なくとも伝熱管７１Ａの幅よりも大きな間隔となる。【００３９】
図３に戻り、一端部Ｇ４は高温側気筒２０側に設けられる端部となっている。一端部Ｇ４は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第１の平面Ｓ１側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、立ち上がり部Ｇ１を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
他端部Ｇ５は低温側気筒３０側に設けられる端部となっている。他端部Ｇ５は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第２の平面Ｓ２側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、立ち下がり部Ｇ２を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
一端部Ｇ４と他端部Ｇ５とは、高温側気筒２０および再生器４６の上部それぞれの気筒延伸方向Ｙに沿った位置が異なる場合に、伝熱管群７０Ａの一端および他端それぞれの気筒延伸方向Ｙに沿った位置を調整可能な部分となっている。【００４０】
伝熱管群７０Ａにおいて、一端部Ｇ４に設けられた第１の作動流体出入口Ｐ１それぞれは同一直線上に配置される。また他端部Ｇ５に設けられた第２の作動流体出入口Ｐ２それぞれは同一直線上に配置される。さらに、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２それぞれは、気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な（すなわち第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２に平行な）第３の平面Ｓ３に含まれている。この点、第３の平面Ｓ３は第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の間、中央に位置している。したがって、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２は、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２を含む第３の平面Ｓ３を挟んで互いに平行な平面となっている。【００４１】
また伝熱管群７０Ａでは、折り返し部Ｇ３における複数の伝熱管７１Ａの部分密度が、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２における複数の伝熱管７１Ａの部分密度よりも大きくなっている。この点、伝熱管群７０Ａでは、第１の作動流体出入口Ｐ１の間隔それぞれと、第２の作動流体出入口Ｐ２の間隔それぞれと、一対の折り曲げ端部Ｅにおける複数の伝熱管７１Ａの間隔それぞれとは、互いに等間隔になっている。このため、伝熱管群７０Ａでは、図３（ａ）に示すように方向Ｚに沿って見た場合に立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２が気筒延伸方向Ｙとなす鋭角それぞれよりも、図３（ｃ）に示すように気筒延伸方向Ｙに沿って見た場合に折り返し部Ｇ３が方向Ｚとなす鋭角を大きく設定することで、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２における複数の伝熱管７１Ａ同士の間隔それぞれよりも、折り返し部Ｇ３における複数の伝熱管７１Ａ同士の間隔を狭くし、これにより上述のように部分密度を規定している。【００４２】
かかる伝熱管群７０Ａは、具体的には図５に示すように加熱器４７Ａに設けられている。加熱器４７Ａには、図５（ｃ）に示すように第１の作動流体出入口Ｐ１を接続するための第１の伝熱管接続口Ｂ１それぞれが高温側気筒２０側に設けられている。第１の伝熱管接続口Ｂ１それぞれは、気筒配列方向Ｘに沿って等間隔に設けられており、また方向Ｚに沿って等間隔に設けられている。したがって、気筒配列方向Ｘに沿って隣り合う第１の伝熱管接続口Ｂ１同士は、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられている。
また加熱器４７Ａには、図５（ｃ）に示すように第２の作動流体出入口Ｐ２を接続するための第２の伝熱管接続口Ｂ２それぞれが低温側気筒３０側に設けられている。第２の伝熱管接続口Ｂ２それぞれは気筒配列方向Ｘに沿って等間隔に設けられるとともに、方向Ｚに沿って等間隔に設けられている。このため、気筒配列方向Ｘに沿って隣り合う第２の伝熱管接続口Ｂ２同士も、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられている。【００４３】
第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の数は互いに等しくなっている。また第１の伝熱管接続口Ｂ１同士の気筒配列方向Ｘに沿った間隔と、第２の伝熱管接続口Ｂ２同士の気筒配列方向Ｘに沿った間隔とは互いに等しくなっており、第１の伝熱管接続口Ｂ１同士の方向Ｚに沿った間隔と、第２の伝熱管接続口Ｂ２同士の方向Ｚに沿った間隔も互いに等しくなっている。さらに第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２は、方向Ｚに沿った位置が同じである場合に、気筒配列方向Ｘに沿って設けられた第１の伝熱管接続口Ｂ１の数と、気筒配列方向Ｘに沿って設けられた第２の伝熱管接続口Ｂ２の数とが互いに等しくなるように設けられている。したがって、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２は、方向Ｚに沿った各位置において、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に同じ数だけ等間隔に設けられている。また、同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の間隔と、伝熱管７１Ａの第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２の間隔とは互いに等しくなっている。【００４４】
そして加熱器４７Ａでは、同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２それぞれに対して、伝熱管７１Ａが設けられている。この点、方向Ｚに沿った各位置において、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられた第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２に対し、伝熱管７１Ａは気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列平行に、且つ等間隔で配置され、複数の伝熱管群７０Ａを構成している。各伝熱管群７０Ａでは、図５（ｂ）に示すように立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とが、気筒配列方向Ｘに沿って見た場合に間に隙間が形成されるように設けられている。この点、加熱器４７Ａでは、各伝熱各群７０Ａにおいて、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とが、図５（ａ）に示すようにオフセット方向（換言すれば方向Ｚ）に沿って見た場合に、折り返し部Ｇ３付近で互いに重なり合う部分を有するように設けられている。【００４５】
次に加熱器４７Ａの作用効果について説明する。加熱器４７Ａでは、伝熱管群７０Ａが、立ち上がり部Ｇ１に対して立ち下がり部Ｇ２を折り返すようにして、これらを結ぶ折り返し部Ｇ３を備えている。そしてかかる構造によれば、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａを１列状の集合をなすように密に並べて配置することが可能になる。このため加熱器４７Ａは、これにより伝熱管群７０Ａの高密度化を図ることができ、以って高い熱交換性能を実現することができる。【００４６】
また加熱器４７Ａでは、折り返し部Ｇ３が、互いにオフセットした一対の折り曲げ端部Ｅを備えている。この点、仮に一対の折り曲げ端部Ｅが平行でない場合には、上述のようにして伝熱管群７０Ａの高密度化を図るにあたり、例えば第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の配置がより複雑になるか、或いは複数の伝熱管７１Ａの形状がより複雑になる。このため加熱器４７Ａでは、これにより製作容易性の向上を図ることができる。【００４７】
また加熱器４７Ａでは、一対の折り曲げ端部Ｅのオフセット間隔が、オフセット方向において立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２の間に隙間を形成可能な間隔Ｗに設定されており、且つ立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２が、オフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。このため加熱器４７Ａでは、上述のようにして伝熱管群７０Ａの高密度化を図るにあたり、折り返し部Ｇ３付近において、複数の伝熱管７１Ａ同士の間で立ち上がり部Ｇ１を形成する部分と立ち下がり部Ｇ２を形成する部分との干渉が問題となることを回避でき、この結果、伝熱管群７０Ａの高密度化を好適に図ることができる。【００４８】
また、これにより加熱器４７Ａでは、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２間に排気ガスを流通させることができ、この結果、更なる熱交換性能の向上を図ることができる。この点、加熱器４７Ａは、排気ガスの流通方向Ｖ１と直交する方向である方向Ｚをオフセット方向として一対の折り曲げ端部Ｅを互いにオフセットさせている。このため加熱器４７Ａは、気筒配列方向Ｘに沿って見た場合に立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２間に設けられる隙間に排気ガスを好適に流通させることができ、以って更なる熱交換性能の向上を図ることができる。【００４９】
また加熱器４７Ａでは、立ち上がり部Ｇ１を第１の平面Ｓ１に沿って配置するとともに、立ち下がり部Ｇ２を第２の平面Ｓ２に沿って配置している。この点、仮に立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２が平面に沿って配置されていない場合には、伝熱管群７０Ａの高密度化を図るにあたり、例えば第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の配置がより複雑になるか、或いは複数の伝熱管７１Ａの形状がより複雑になる。このため加熱器４７Ａは、これによってさらに製作容易性の向上を図ることができる。また加熱器４７Ａは、これによって立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２に沿って排気を好適に流通させることも可能になることから、更なる熱交換性能の向上を図ることもできる。
さらに加熱器４７Ａでは、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２が気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な平面であることから、これにより複数の伝熱管群７０Ａをこれら平面Ｓ１、Ｓ２に直交する方向Ｚに沿って高密度に備えることができ、この結果、更なる熱交換性能の向上を図ることもできる。【００５０】
また加熱器４７Ａでは、第１の作動流体出入口Ｐ１が同一直線上に配置されるとともに、第２の作動流体出入口Ｐ２それぞれが同一直線上に配置されている。そして、これら第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２それぞれは第３の平面Ｓ３上に配置されている。さらに加熱器４７Ａでは、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２それぞれを等間隔に配置している。
この点、仮に第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２のうち、少なくともいずれかが同一直線上に配置されていない場合には、伝熱管群７０Ａの高密度化を図るにあたって、例えば第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の配置がより複雑になるとともに、複数の伝熱管７１Ａの形状がより複雑になる。また仮に第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２それぞれが第３の平面Ｓ３上に配置されていない場合には、例えば第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の配置がより複雑になる。また、仮に第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２が等間隔に配置されていない場合には、伝熱管群７０Ａの高密度化を図るにあたって、高密度化が阻害される。
このため加熱器４７Ａはこれにより更なる熱交換性能の向上を図ることができるとともに、さらに製作容易性の向上を図ることができる。【００５１】
また加熱器４７Ａでは、複数の伝熱管７１Ａが等長になっている。このため加熱器４７Ａでは、これによって直列平行に配置された気筒２０、３０間で複数の伝熱管７１Ａからなる伝熱管群７０Ａを介して作動流体を流通させるにあたり、高い熱交換性能を好適に実現することができる。
また加熱器４７Ａでは、複数の伝熱管７１Ａがさらに同一形状になっている。このため加熱器４７Ａでは、複数の伝熱管７１Ａそれぞれを同一部品として製作することができ、これによってさらに製作容易性の向上を図ることができる。またこれにより、複数の伝熱管７１Ａを重ね合わせるようにして直列平行に密に並べて配置できることから、伝熱管群７０Ａの更なる高密度化を図ることができ、以って更なる熱交換性能の向上を図ることができる。
さらに加熱器４７Ａでは、伝熱管７１Ａがその中心軸に対して軸対称となる形状を有している。このため加熱器４７Ａでは、伝熱管群７０Ａの高密度化を図るにあたって均一性を高めることができ、これにより更なる熱交換性能の向上を図ることができる。この点、伝熱管７１Ａは少なくとも立ち上がり部Ｇ１、立ち下がり部Ｇ２および折り返し部Ｇ３を形成する部分が軸対称となる形状を有していることが好ましい。また、加熱器４７Ａでは、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２を等間隔に規則的に配置したことによっても、伝熱管群７０Ａの均一性を高めることができ、これにより更なる熱交換性能の向上を図ることができる。【００５２】
また加熱器４７Ａでは、折り返し部Ｇ３における複数の伝熱管７１Ａの部分密度を、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２における複数の伝熱管７１Ａの部分密度よりも大きくしている。そしてこれにより加熱器４７Ａでは、タイトな折り返しが容易になることから、各伝熱管群７０Ａにおいて、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とのオフセット間隔をより狭めることが可能になる。このため加熱器４７Ａはさらに複数の伝熱管群７０Ａ同士を高密度に備えることができ、これによって更なる熱交換性能の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００５３】
本実施例にかかる加熱器４７Ｂは、多管式熱交換器として図６に示す伝熱管７１Ｂを複数備える。なお、加熱器４７Ｂは例えば加熱器４７Ａの代わりにスターリングエンジン１０Ａに設けることができる。伝熱管７１Ｂは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねＭ字状の形状を有している。伝熱管７１Ｂの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２がそれぞれ設けられている。【００５４】
そして、複数の伝熱管７１Ｂは伝熱管群７０Ｂを構成する。なお、図６では説明の便宜上、伝熱管群７０Ｂを構成する複数の伝熱管７１Ｂとして２つの伝熱管７１Ｂを示している。伝熱管群７０Ｂは具体的には１列状の集合をなすように配置される複数の伝熱管７１Ｂで構成される。さらに具体的には伝熱管群７０Ｂは、互いに直列平行に、且つ等間隔で配置される複数の伝熱管７１Ｂで構成される。この点、伝熱管群７０Ｂを構成する複数の伝熱管７１Ｂは、具体的には気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列に配置されるようになっている。したがって、複数の伝熱管７１Ｂは、図６（ａ）に示すように気筒配列方向Ｘを水平方向に合わせて方向Ｚに沿って見た場合に、左右対称な形状になっている。伝熱管群７０Ｂを構成する複数の伝熱管７１Ｂそれぞれは互いに等長で、且つ同形状となっている。【００５５】
伝熱管群７０Ｂは、２つの立ち上がり部Ｇ１と、２つの立ち下がり部Ｇ２と、３つの折り返し部Ｇ３と、一端部Ｇ４と、他端部Ｇ５とを備えている。この点、伝熱管群７０Ｂは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、伝熱管群７０Ａに対して、構造上、新たな立ち上がり部Ｇ１および新たな立ち下がり部Ｇ２をさらに設けるようにした伝熱管群となっている。なお、複数の折り返し部Ｇ３の数は具体的には奇数となる。【００５６】
２つの立ち上がり部Ｇ１は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１１と、他端側に位置する立ち上がり部Ｇ１２とによって構成されている。これら２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれは互いに平行に延伸しており、且つ第１の平面Ｓ１に沿って配置されている。またこれら立ち上がり部Ｇ１それぞれは、図６（ａ）に示すように方向Ｚに沿って見た場合に気筒延伸方向Ｙとなす鋭角が伝熱管群７０Ａの場合よりも小さくなっている。【００５７】
２つの立ち下がり部Ｇ２は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、一端側に位置する立ち下がり部Ｇ２１と、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２２とによって構成されている。これら２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれは互いに平行に延伸しており、且つ第２の平面Ｓ２に沿って配置されている。またこれら立ち下がり部Ｇ２それぞれは、図６（ａ）に示すように方向Ｚに沿って見た場合に気筒延伸方向Ｙとなす鋭角が伝熱管群７０Ａの場合よりも小さくなっている。【００５８】
３つの折り返し部Ｇ３は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がり部Ｇ１に対して立ち下がり部Ｇ２を折り返すようにして、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを結ぶ２つの折り返し部Ｇ３１と、立ち下がり部Ｇ２に対して立ち上がり部Ｇ１を折り返すようにして、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを結ぶ１つの折り返し部Ｇ３２とによって構成されている。２つの折り返し部Ｇ３１は伝熱管群７０Ｂにおいて両端に位置しており、折り返し部Ｇ３２は伝熱管群７０Ｂにおいて中央に位置している。これら３つの折り返し部Ｇ３それぞれは、図６（ｃ）に示すように気筒延伸方向Ｙに沿って見た場合に方向Ｚとなす鋭角が伝熱管群７０Ａの場合よりも小さくなっている。これら３つの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、一対の折り曲げ端部Ｅは、伝熱管群７０Ａの場合と同様に設けられており、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とは間隔Ｗのオフセット間隔を有することで、図６（ｂ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。【００５９】
伝熱管群７０Ｂでは、図６（ａ）に示すように方向Ｚに沿って見た場合に立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２が気筒延伸方向Ｙとなす鋭角と、図６（ｃ）に示すように気筒延伸方向Ｙに沿って見た場合に折り返し部Ｇ３が方向Ｚとなす鋭角とが、伝熱管群７０Ａの場合と比較して小さくなっている。但し、伝熱管群７０Ｂでも、これらの鋭角は、折り返し部Ｇ３における複数の伝熱管７１Ｂの部分密度が、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２における複数の伝熱管７１Ｂの部分密度よりも大きくなるように設定されている。【００６０】
一端部Ｇ４は高温側気筒２０側に設けられる端部となっており、具体的には伝熱管７１Ｂのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から第１の平面Ｓ１側に向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるように延伸し、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１１を形成する部分に接続される部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
他端部Ｇ５は低温側気筒３０側に設けられる端部となっており、具体的には伝熱管７１Ｂのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から第２の平面Ｓ２側に向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるように延伸し、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２２を形成する部分に接続される部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
なお、一端部Ｇ４および他端部Ｇ５は例えば伝熱管群７０Ａの場合と同様に形成されてもよい。【００６１】
かかる伝熱管群７０Ｂは、具体的には図７に示すように加熱器４７Ｂに設けられている。加熱器４７Ｂでは、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２が、加熱器４７Ａの場合と同様に設けられている。そして加熱器４７Ｂでは、同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１，Ｂ２のセットそれぞれに対して伝熱管７１Ｂが設けられている。この点、方向Ｚに沿った各位置において、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられた第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２に対し、伝熱管７１Ｂは気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列平行に、且つ等間隔で配置され、複数の伝熱管群７０Ｂを構成している。各伝熱管群７０Ｂでは立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とが、図７（ｂ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合に間に隙間が形成されるように設けられている。【００６２】
次に加熱器４７Ｂの作用効果について説明する。加熱器４７Ｂでは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、加熱器４７Ａに対して新たな立ち上がり部Ｇ１および新たな立ち下がり部Ｇ２をさらに設けることができる。すなわち、加熱器４７Ｂでは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、伝熱管群７０Ｂを構成する複数の伝熱管７１Ｂそれぞれの全長を、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａそれぞれの全長よりも長くすることができ、これにより加熱器４７Ａと比較してより大きな伝熱面積を確保できる。
また加熱器４７Ｂでは、概ねＭ字状の形状を有する複数の伝熱管７１Ｂで伝熱管群７０Ｂを構成することで、複数の伝熱管７１Ｂの配列方向である気筒配列方向Ｘにおいて、折り返し部Ｇ３２が隣り合う折り返し部Ｇ３１同士の間に位置するように折り返し部Ｇ３それぞれを設け、これによりコンパクトな形態を確保している。なお、この場合に折り返し部Ｇ３１、Ｇ３２間で気筒配列方向Ｘに沿った位置の重なり合いはあってもよい。
このため加熱器４７Ｂは、加熱器４７Ａと比較してコンパクトな形態を確保しつつ、更なる熱交換性能の向上を図ることができる点で、さらに好適に高い熱交換性能を実現できる。
【実施例３】
【００６３】
本実施例にかかる加熱器４７Ｃは、多管式熱交換器として図８に示す伝熱管７１Ｃを複数備える。なお、加熱器４７Ｃは例えば加熱器４７Ａの代わりにスターリングエンジン１０Ａに設けることができる。伝熱管７１Ｃは、その中心軸に対して軸対称な形状にはなっておらず、概ねＭ字状の形状からなる左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状を有している。伝熱管７１Ｃの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２が設けられている。【００６４】
そして複数の伝熱管７１Ｃは、図９に示すように伝熱管群７０Ｃを構成する。なお、図９では説明の便宜上、伝熱管群７０Ｃを構成する複数の伝熱管７１Ｃとして１０本の伝熱管７１Ｃを示している。伝熱管群７０Ｃは具体的には１列状の集合をなすように配置される複数の伝熱管７１Ｃで構成される。さらに具体的には伝熱管群７０Ｃは、互いに直列に、且つ等間隔で配置される複数の伝熱管７１Ｃで構成される。この点、伝熱管群７０Ｃを構成する複数の伝熱管７１Ｃは、具体的には気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列に配置されるようになっている。したがって、複数の伝熱管７１Ｃは、具体的には図９（ａ）に示すように気筒配列方向Ｘを水平方向に合わせて方向Ｚに沿って見た場合に、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状を有している。伝熱管群７０Ｃを構成する複数の伝熱管７１Ｃそれぞれは互いに等長で、且つ同形状となっている。【００６５】
伝熱管群７０Ｃを構成する複数の伝熱管７１Ｃは、具体的には片寄った形状が互いに離れるように一端および他端が互いに逆向きに設けられた第１の伝熱管７１１Ｃと第２の伝熱管７１２Ｃとによって構成される。第１の伝熱管７１１Ｃは、複数の伝熱管７１Ｃのうち、高温側気筒２０側にその一端が設けられる伝熱管となっており、第２の伝熱管７１２Ｃは、複数の伝熱管７１Ｃのうち、高温側気筒２０側にその他端が設けられる伝熱管となっている。さらに具体的には、第１の伝熱管７１１Ｃは、複数の伝熱管７１Ｃのうち、その一端が高温側気筒２０の中心軸線を含み、且つ方向Ｚに平行な平面Ｓ４よりも外側の部分に設けられる伝熱管となっており、第２の伝熱管７１２Ｃは、複数の伝熱管７１Ｃのうち、その他端が平面Ｓ４よりも内側の部分に設けられる伝熱管となっている。第１および第２の伝熱管７１１Ｃ、７１２Ｃそれぞれは、複数の伝熱管７１Ｃの半数ずつ設けられている。【００６６】
伝熱管群７０Ｃにおいて、第１の伝熱管７１１Ｃは第１の部分伝熱管群７０１Ｃを、第２の伝熱管７１２Ｃは第２の部分伝熱管群７０２Ｃをそれぞれ構成している。第１の部分伝熱管群７０１Ｃは具体的には直列平行に、且つ等間隔で配置された第１の伝熱管７１１Ｃによって構成されており、第２の部分伝熱管群７０２Ｃは具体的には直列平行に、且つ等間隔で配置された第２の伝熱管７１２Ｃによって構成されている。この点、伝熱管群７０Ｃ全体として見た場合に、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃは、片寄った形状が互いに離れるように一端および他端が互いに逆向きに設けられた伝熱管群になっている。【００６７】
第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれは、２つの立ち上がり部Ｇ１と、２つの立ち下がり部Ｇ２と、３つの折り返し部Ｇ３と、一端部Ｇ４と、他端部Ｇ５とを備えている。
立ち上がり部Ｇ１１、Ｇ１２からなる２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれは、第１の部分伝熱管群７０１Ｃにおいては第１の平面Ｓ１に沿って配置されており、第２の部分伝熱管群７０２Ｃにおいては第２の平面Ｓ２に沿って配置されている。２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれは、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、互いに平行に延伸している。具体的には２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれが気筒延伸方向Ｙとなす鋭角は、実施例２で前述した伝熱管群７０Ｂにおける２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれが気筒延伸方向Ｙとなす鋭角よりも小さくなっている。【００６８】
立ち下がり部Ｇ２１、Ｇ２２からなる２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれは、第１の部分伝熱管群７０１Ｃにおいては第２の平面Ｓ２に沿って配置されており、第２の部分伝熱管群７０２Ｃにおいては第１の平面Ｓ１に沿って配置されている。
２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれは、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、互いに平行に延伸している。具体的には２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれが気筒延伸方向Ｙとなす鋭角は、伝熱管群７０Ｂにおける２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれが気筒延伸方向Ｙとなす鋭角よりも小さくなっている。【００６９】
２つの折り返し部Ｇ３１および１つの折り返し部Ｇ３２からなる３つの折り返し部Ｇ３は、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、伝熱管群７０Ｂの場合と同様に立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを結んでおり、これら３つの折り返し部Ｇ３それぞれが方向Ｚとなす鋭角は、伝熱管群７０Ｂの場合と同じになっている。したがって、これら３つの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、一対の折り曲げ端部Ｅは、伝熱管群７０Ｂの場合と同様に設けられており、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とは、図９（ｂ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。【００７０】
一端部Ｇ４は、第１の部分伝熱管群７０１Ｃにおいては、高温側気筒２０側に設けられる端部となっており、第２の部分伝熱管群７０２Ｃにおいては、低温側気筒３０側に設けられる端部となっている。一端部Ｇ４は、伝熱管７１Ｃのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から、気筒延伸方向Ｙに沿って延伸した後、第１の部分伝熱管群７０１Ｃにおいては第１の平面Ｓ１側に向かって、第２の部分伝熱管群７０２Ｃにおいては第２の平面Ｓ２側に向かって、気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１を形成する部分に接続される部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。【００７１】
他端部Ｇ５は、第１の部分伝熱管群７０１Ｃにおいては、低温側気筒３０側に設けられる端部となっており、第２の部分伝熱管群７０２Ｃにおいては、高温側気筒２０側に設けられる端部となっている。他端部Ｇ５は、伝熱管７１Ｃのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から、気筒延伸方向Ｙに沿って延伸した後、第１の部分伝熱管群７０１Ｃにおいては第２の平面Ｓ２側に向かって、第２の部分伝熱管群７０２Ｃにおいては第１の平面Ｓ１側に向かって、気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２を形成する部分に接続される部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。【００７２】
第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれは、一端側に片寄った形状によって左右非対称な形状になっている。この点、片寄った形状は、具体的には第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、複数の折り返し部Ｇ３が一端側に片寄って配置された形状によって、左右非対称な形状になっている。そして、伝熱管群７０Ｃは、伝熱管群７０Ｃ全体として見た場合に、一端側および他端側に片寄った形状が配置されるように設けられた複数の伝熱管７１Ｃによって構成されている。【００７３】
この点、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃを構成する複数の伝熱管７１Ｃそれぞれは、具体的には図１０に示すように、方向Ｚに沿って見た場合に、一端部Ｇ４と一端を含み気筒配列方向Ｘに沿った直線とが外側においてなす角度θ１、および他端部Ｇ５と他端を含み気筒配列方向Ｘに沿った直線とが内側においてなす角度θ２それぞれが、９０°以下になるように設定されている。
そして、一端部Ｇ４および他端部Ｇ５の形状は、さらに具体的には例えば図１０（ａ）に示す伝熱管７１ＣＡや、図１０（ｂ）に示す伝熱管７１ＣＢや、図１０（ｃ）に示す伝熱管７１ＣＣなどによって実現することができる。この点、伝熱管７１ＣＡは、角度θ１、θ２が等しくなるように設定されたものとなっている。また、伝熱管７１ＣＢは角度θ１が角度θ２よりも大きくなるように設定されたものとなっている。また、伝熱管７１ＣＣは角度θ１が角度θ２よりも小さくなるように設定されたものとなっている。【００７４】
さらに、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状は、複数の伝熱管７１Ｃの代わりに、例えば図１１に示す伝熱管群７０Ｃ´を構成する複数の伝熱管７１Ｃ´によって実現することもできる。
伝熱管群７０Ｃ´も伝熱管群７０Ｃと同様に、伝熱管群７０Ｃ´全体として見た場合に、一端側および他端側に片寄った形状が配置されるように設けられた複数の伝熱管７１Ｃ´によって構成されている。そして伝熱管群７０Ｃ´では、伝熱管群７０Ｃを構成する複数の伝熱管７１Ｃ´が、片寄った形状が互いに離れるように一端および他端が互いに逆向きに設けられた第１の伝熱管７１１Ｃ´と第２の伝熱管７１２Ｃ´とによって構成されている。また伝熱管群７０Ｃ´では、第１および第２の伝熱管７１１Ｃ´、７１２Ｃ´が、伝熱管群７０Ｃ´全体として見た場合に、片寄った形状が互いに離れるように一端および他端が互いに逆向きに設けられた第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ´、７０２Ｃ´を構成している。【００７５】
一方、伝熱管群７０Ｃ´では、２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれが、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ´、７０２Ｃ´それぞれにおいて、互いに非平行に延伸している。また伝熱管群７０Ｃ´では、２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれも、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ´、７０２Ｃ´それぞれにおいて、互いに非平行に延伸している。すなわち、２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれは例えば伝熱管群７０Ｃ´のように互いに非平行に延伸していてもよく、また２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれも例えば伝熱管群７０Ｃ´のように互いに非平行に延伸していてもよい。【００７６】
一方、伝熱管群７０Ｃ´においても、角度θ１、角度θ２それぞれは９０°以下になるように設定されている。この点、一端部Ｇ４および他端部Ｇ５の形状は、伝熱管群７０Ｃと同様に、さらに具体的には例えば角度θ１、θ２が等しくなるように設定された図１２（ａ）に示す伝熱管７１ＣＡ´や、角度θ１が角度θ２よりも大きくなるように設定された図１２（ｂ）に示す伝熱管７１ＣＢ´や、角度θ１が角度θ２よりも小さくなるように設定された図１２（ｃ）に示す伝熱管７１ＣＣ´などによって実現することができる。この点、複数の伝熱管７１Ｃ´は仮に例えば角度θ１、θ２がともに９０°になるように設定された場合であっても、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状になるようになっている。すなわち、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状は、角度θ１、θ２の設定だけでなく、例えば立ち上がり部Ｇ１や立ち下がり部Ｇ２の延伸態様によっても実現することができる。そしてこの点を含めて、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状を形成するにあたって、角度θ１、θ２はともに９０°以下になるように設定される。【００７７】
伝熱管群７０Ｃは、具体的には例えば加熱器４７Ｂと同様に配置された第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１，Ｂ２に対して設けることができる。この点、複数の部分伝熱管群である第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれでは、図１３に示すように、すべての折り返し部Ｇ３が複数の伝熱管７１Ｃの配列方向である気筒配列方向Ｘにおいて、ボアピッチＬを長さとする範囲Ｒ内に含まれるように設けられている。
また、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれでは、折り返し部Ｇ３１それぞれが、ボアピッチＬを折り返し部Ｇ３１の数ｎ（ここでは２つ）で割った長さｌを有して範囲Ｒを均等に区分するそれぞれの範囲内に、一端側から他端側に向かって順に含まれるように設けられている。そして、折り返し部Ｇ３２は、気筒配列方向Ｘにおいて隣り合う折り返し部Ｇ３１同士の間に位置するように設けられている。なお、この場合に折り返し部Ｇ３１、Ｇ３２間で気筒配列方向Ｘに沿った位置の重なり合いはあってもよい。
さらに、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、両端に位置する折り返し部Ｇ３１それぞれは、気筒延伸方向Ｙに沿って見た場合に対応する各気筒２０、３０それぞれのボアからはみ出さないように設けることができる。但しこれに限られず、両端に位置する折り返し部Ｇ３１それぞれは例えば気筒配列方向Ｘに沿って外側へオフセットさせるようにして、対応する各気筒２０、３０それぞれのボアからはみ出すように設けられてもよい。なお、再生器４６と低温側気筒３０とは同軸同径になっている。
一方、範囲Ｒは、伝熱管群７０Ｃ全体として見た場合に、具体的にはボアピッチＬの中心から気筒配列方向Ｘに沿って延伸するように設定されている。【００７８】
次に加熱器４７Ｃの作用効果について説明する。ここで、加熱器４７Ｂでは図１４（ａ）に示すように、伝熱管群７０Ｂを構成する伝熱管７１Ｂの本数をさらに増やそうとしたときに、隣り合う折り返し部Ｇ３１同士が地点Ｔ１で干渉する場合には、伝熱管７１Ｂの本数を増やすことができない。この点、加熱器４７Ｃでも、図１４（ｂ）に示すように第１の部分伝熱管群７０１Ｃにおいて隣り合う折り返し部Ｇ３１同士が地点Ｔ２で干渉する場合には、第１の部分伝熱管群７０１Ｃを構成する伝熱管７１Ｃとして、第１の伝熱管７１１Ｃの本数を増やすことはできない。【００７９】
ところが、加熱器４７Ｃでは、伝熱管７１Ｃが左右非対称な形状で、且つ片寄った形状を有することから、片寄った形状が互いに離れるように一端および他端を第１の伝熱管７１１Ｃと逆向きにした第２の伝熱管７１２Ｃを設けることで、伝熱管群７０Ｃを構成する伝熱管７１Ｃの本数を構造上さらに増やすことができる。このため加熱器４７Ｃは、加熱器４７Ｂの場合と比較して、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の気筒配列方向Ｘに沿った数をさらに増やして、伝熱管群７０Ｃを構成する伝熱管７１Ｃをさらに設けることができる。そしてこれにより、加熱器４７Ｃは、加熱器４７Ｂと比較して更なる熱交換性能の向上を図ることができる。【００８０】
また加熱器４７Ｃでは、このようにして伝熱管群７０Ｃを構成する伝熱管７１Ｃの本数をさらに増やすことで、第１の部分伝熱管群７０１Ｃにおいて隣り合う折り返し部Ｇ３１同士の干渉が回避されることから、これら折り返し部Ｇ３１同士の干渉がボアピッチＬの短縮に対する制約条件になることも構造上回避できる。このため加熱器４７Ｃは、加熱器４７Ｂと比較して、ボアピッチＬをさらに短くしたスターリングエンジンにも対応することができる。換言すれば、加熱器４７Ｃは、加熱器４７Ｂと比較してさらにスターリングエンジンのコンパクト化に寄与することもできる。【００８１】
また加熱器４７Ｃでは、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、すべての折り返し部Ｇ３が、気筒配列方向Ｘにおいて、気筒配列方向Ｘに沿って設定したボアピッチＬの長さを有する範囲Ｒ内に含まれるように設けられている。そしてこれにより、加熱器４７Ｃでは、片寄った形状で複数の折り返し部Ｇ３を有する第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃを備える場合でも、これら部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれを気筒配列方向Ｘにおいてコンパクトに構成することができる。【００８２】
また加熱器４７Ｃでは、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、折り返し部Ｇ３１それぞれの気筒配列方向Ｘに沿った位置が、長さｌを有して範囲Ｒを均等に区分するそれぞれの範囲内に、一端側から他端側に向かって順に含まれるように設定されている。同時に加熱器４７Ｃでは、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、折り返し部Ｇ３２の気筒配列方向Ｘに沿った位置が、隣り合う折り返し部Ｇ３１の間に位置するように設定されている。そして、これにより加熱器４７Ｃは、部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれを合理的な形状で気筒配列方向Ｘにおいてコンパクトに構成することができる。【００８３】
また加熱器４７Ｃでは、範囲ＲをボアピッチＬの中心から気筒配列方向Ｘに沿って延伸するように設定することで、伝熱管群７０Ｃ全体として、伝熱管群７０Ｃを気筒配列方向Ｘにおいて好適にコンパクトに構成することができる。
また加熱器４７Ｃでは、第１および第２の部分伝熱管群７０１Ｃ、７０２Ｃそれぞれにおいて、両端に位置する折り返し部Ｇ３１それぞれを対応する各気筒２０、３０それぞれのボアからはみ出すように設けることも可能であるところ、両端に位置する折り返し部Ｇ３１それぞれを対応する各気筒２０、３０それぞれのボアからはみ出さないように設けることで、伝熱管群７０Ｃを気筒配列方向Ｘにおいて好適にコンパクトに構成することもできる。【００８４】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例１では、伝熱管群７０Ａを用いて、折り返し部Ｇ３に一対の折り曲げ端部Ｅを備えるとともに、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２をオフセット方向において間に隙間が形成されるように設け、さらに第１の平面Ｓ１に沿って立ち上がり部Ｇ１を、第２の平面Ｓ２に沿って立ち下がり部Ｇ２をそれぞれ配置した場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、かかる特徴を備える伝熱管群は、例えば以下に示す伝熱管群によっても実現することができる。【００８５】
例えば図１５に示す伝熱管群７０Ｄは、伝熱管群７０Ａに対して、折り返し部Ｇ３を方向Ｚに沿って延伸するように変更して設けた伝熱管群となっており、複数の伝熱管７１Ａそれぞれに対して、折り返し部Ｇ３を構成する部分を同様に変更して設けた複数の伝熱管７１Ｄそれぞれによって構成されている。しかしながら、この伝熱管群７０Ｄも上述した特徴を備えており、かかる特徴に基づく効果を伝熱管群７０Ａと同様に発揮することができる。なお、この場合には、折り返し部Ｇ３における複数の伝熱管７１Ｄの部分密度は、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２における複数の伝熱管７１Ｄの部分密度よりも小さくなる。【００８６】
また例えば図１６に示す伝熱管群７０Ｅは、伝熱管群７０Ａに対して、折り返し部Ｇ３を形成する部分それぞれを第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２それぞれの間隔よりも広い間隔で等間隔、且つ全体として均等になるように配置するように変更して設けた伝熱管群となっている。そしてこれに伴い、伝熱管群７０Ｅは、複数の伝熱管７１Ａの代わりに、複数の伝熱管７１Ｅとして互いに異なる複数の伝熱管７１１Ｅから７１５Ｅによって構成されている。
複数の伝熱管７１Ｅは具体的には、複数の伝熱管７１Ａに対して、図１６（ａ）に示すように方向Ｚに沿って見た場合に、伝熱管群７０Ｅにおいて最も一端側に設けられた伝熱管７１１Ｅから最も他端側に設けられた伝熱管７１５Ｅに向かって、立ち上がり部Ｇ１を形成する部分と気筒延伸方向Ｙとがなす鋭角が次第に大きくなるとともに、立ち下がり部Ｇ２を形成する部分と気筒延伸方向Ｙとがなす鋭角が次第に小さくなるように、且つ伝熱管群７０Ｅが全体としてその中心軸に対して軸対称な形状になるように変更して設けられている。しかしながら、この伝熱管群７０Ｅも上述した特徴を備えており、かかる特徴に基づく効果を伝熱管群７０Ａと同様に発揮することができる。
なお、この場合には、複数の伝熱管７１Ｅを互いに同形状にすることができなくなるほか、折り返し部Ｇ３における複数の伝熱管７１Ｅの部分密度と、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２における複数の伝熱管７１Ｅの部分密度との関係を規定することによる複数の伝熱管群７０Ｅの高密度化は図れなくなる。【００８７】
また例えば図１７に示す伝熱管群７０Ｆは、伝熱管群７０Ａに対して、一端部Ｇ４が第１の平面Ｓ１に含まれるとともに、他端部Ｇ５が第２の平面Ｓ２に含まれるように変更して設けた伝熱管群となっており、複数の伝熱管７１Ａそれぞれに対して、一端部Ｇ４および他端部Ｇ５を構成する部分それぞれを同様に変更して設けた複数の伝熱管７１Ｆそれぞれによって構成されている。したがって、伝熱管群７０Ｆでは、第１の平面Ｓ１が第１の作動流体出入口Ｐ１を含む平面になっているとともに、第２の平面Ｓ２が第２の作動流体出入口Ｐ２を含む平面になっている。しかしながら、この伝熱管群７０Ｆも上述した特徴を備えており、かかる特徴に基づく効果を伝熱管群７０Ａと同様に発揮することができる。
なお、この場合には、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２を同一直線上に配置できなくなる。このためこの場合には、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の配置が、加熱器４７Ａの場合と比較してより複雑になる。具体的にはこの場合には、例えば図１８に示す加熱器４７Ｆのように、気筒配列方向Ｘに沿って設けられた第１の伝熱管接続口Ｂ１の数と気筒配列方向Ｘに沿って設けられた第２の伝熱管接続口Ｂ２の数とが互いに等しくなる位置を方向Ｚに沿って間隔Ｗだけオフセットさせるように変更する必要がある。【００８８】
また例えば図１９に示す伝熱管群７０Ｇは、伝熱管群７０Ａに対して、方向Ｚと交差する方向をオフセット方向として折り曲げ端部Ｅを間隔Ｗで互いに均等にオフセットさせるとともに、立ち上がり部Ｇ１および一端部Ｇ４が第１の平面Ｓ１´（図示省略）に、立ち下がり部Ｇ２および他端部Ｇ５が第２の平面Ｓ２´（図示省略）にそれぞれ含まれるように変更して設けた伝熱管群となっている。そして伝熱管群７０Ｇは、複数の伝熱管７１Ａそれぞれに対して、立ち上がり部Ｇ１、立ち下がり部Ｇ２、一端部Ｇ４および他端部Ｇ５を構成する部分それぞれを同様に変更して設けた複数の伝熱管７１Ｇそれぞれによって構成されている。この点、第１の平面Ｓ１´と第２の平面Ｓ２´とは気筒配列方向Ｘに交差する平面となっている。また、第１の平面Ｓ１´は第１の作動流体出入口Ｐ１を含む平面になっているとともに、第２の平面Ｓ２´は第２の作動流体出入口Ｐ２を含む平面になっている。しかしながら、この伝熱管群７０Ｇも上述した特徴を備えており、かかる特徴に基づく効果を伝熱管群７０Ａと同様に発揮することができる。【００８９】
一方、かかる伝熱管群７０Ｇは、例えば図２０に示す加熱器４７Ｇのように、気筒配列方向Ｘに対して所定の角度（ここでは４５°）を有する方向、およびこれと直交する方向それぞれに互いに等間隔に配置した第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２に対して好適に配置することができる。なお、図が煩雑になるのを避けるため、図２０ではいくつかの伝熱管群７０Ｇそれぞれについて、構成する伝熱管７１Ｇを代表的に１つ示している。また、伝熱管７１Ｇは例えば気筒配列方向Ｘに沿って直列に配置することで伝熱管群を構成することも可能である。【００９０】
一方、伝熱管７１Ｆ、７１Ｇは、換言すれば第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の配置が複雑である場合に対応可能な伝熱管であるともいえる。この点、同様の変更は、例えば実施例２で前述した伝熱管７１Ｂや、実施例３で前述した伝熱管７１Ｃに対しても適用することができる。【００９１】
このほか例えば上述した実施例では、伝熱管７１Ａなど各伝熱管がＳＵＳチューブである場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、複数の配管は例えば断面が楕円状となる配管やその他の形状になる配管であってもよい。
また例えば上述した実施例では、伝熱管群７０Ａなど各伝熱管群が立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを折り返すようにして結ぶ折り返し部Ｇ３を備える場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、配管群は折り返し部の代わりに、例えば立ち上がり部と立ち下がり部とを裏返すようにして滑らかに結ぶ接続部を備えてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０Ａ  スターリングエンジン
２０    高温側気筒
２１    膨張ピストン
２２    高温側シリンダ
３０    低温側気筒
３１    圧縮ピストン
３２    低温側シリンダ
４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ、４７Ｆ、４７Ｇ    加熱器
５０    グラスホッパの機構
７０Ａ、７０Ａ´、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、７０Ｅ、７０Ｆ，７０Ｇ    伝熱管群
７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１ＣＡ、７１ＣＢ、７１ＣＣ、７１Ｄ、７１Ｅ、７１Ｆ、７１Ｇ    伝熱管
【図１】
2011118033.tif 000003
【図２】
2011118033.tif 000004
【図３】
2011118033.tif 000005
【図４】
2011118033.tif 000006
【図５】
2011118033.tif 000007
【図６】
2011118033.tif 000008
【図７】
2011118033.tif 000009
【図８】
2011118033.tif 000010
【図９】
2011118033.tif 000011
【図１０】
2011118033.tif 000012
【図１１】
2011118033.tif 000013
【図１２】
2011118033.tif 000014
【図１３】
2011118033.tif 000015
【図１４】
2011118033.tif 000016
【図１５】
2011118033.tif 000017
【図１６】
2011118033.tif 000018
【図１７】
2011118033.tif 000019
【図１８】
2011118033.tif 000020
【図１９】
2011118033.tif 000021
【図２０】
2011118033.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月7日(2010.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、
前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備え、
前記立ち上がり部が前記気筒の配列方向および前記気筒の延伸方向に平行な第１の平面に沿って配置されるとともに、前記立ち下がり部が前記第１の平面に平行な第２の平面に沿って配置されたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記接続部が、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを折り返すようにして結ぶ折り返し部であり、
前記折り返し部が、前記立ち上がり部および前記立ち下がり部が連なる一対の折り曲げ端部を備えており、
前記一対の折り曲げ端部が互いにオフセットするとともに、該一対の折り曲げ端部のオフセット間隔が、オフセット方向において前記立ち上がり部および前記立ち下がり部の間に隙間を形成可能な間隔に設定されており、且つ前記立ち上がり部および前記立ち下がり部が、オフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられているスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
請求項１または２記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備えたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項５】
請求項１記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備えており、前記接続部を複数備えることで形成される新たな立ち上がり部を前記第１の平面に沿って配置するとともに、前記接続部を複数備えることで形成される新たな立ち下がり部を前記第２の平面に沿って配置したスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項６】
請求項１、２、４または５のいずれか１項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が互いに等長であるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項７】
請求項１、２、４または５のいずれか１項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が互いに等長、且つ同形状であるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項８】
請求項７記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記接続部における前記複数の配管の部分密度を、前記立ち上がり部および前記立ち下がり部における前記複数の配管の部分密度よりも大きくしたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項９】
請求項１または２記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄った形状を有しており、
前記配管群が、前記片寄った形状が互いに離れるように一端および他端が互いに逆向きに設けられた第１の部分配管群および第２の部分配管群を備えるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項１０】
請求項９記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記第１の部分配管群において、前記立ち上がり部を前記第１の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を前記第２の平面に沿って配置し、
前記第２の部分配管群において、前記立ち上がり部を前記第２の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を前記第１の平面に沿って配置したスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項１１】
請求項１０記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記接続部を複数備え、
前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部それぞれが、該接続部の数で前記２つの気筒のボアピッチを割った長さを有して前記ボアピッチを長さとする範囲を均等に区分するそれぞれの範囲内に、一端側から他端側に向かって順に含まれるように設けられているスターリングエンジンの熱交換器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
リングエンジンに照らしても構造上、合理的であると考えられる。しかしながら、概ねＵ字形の形状を有する熱交換器の場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも配管長が短くなり、流通抵抗が小さくなる。このためこの場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも作動流体の流量が大きくなる。またこの場合には、内側に位置する配管を流通する作動流体のほうが、外側に位置する配管を流通する作動流体よりも熱交換時間が短くなる。すなわちこの場合には、このようにして内側に位置する配管を流通する作動流体の作用が相対的に大きくなることで、スターリングエンジンの熱効率が低下するという問題がある。
［０００５］
これに対して、例えば特許文献１が開示する技術は、かかる問題を解決できると考えられる。しかしながら、特許文献１の開示技術では、例えば当該特許文献１の実施例１で具体的に開示されている構造など、適用する構造次第では、管同士の干渉が問題となることから熱交換器により多くの管を設けることが困難となり、この結果、より高い熱交換性能を得ることが困難になる場合があると考えられる。一方、これに対して特許文献１の開示技術では、熱交換器により多くの管を設けるための構造に関しては特段言及されておらず、このことからも２つの気筒が直列平行に配置された構成の２気筒α型のスターリングエンジンについて、これらの問題を解決可能な構造を備える熱交換器が望まれる。
［０００６］
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることが可能な、さらには熱交換性能の更なる向上や製作容易性の向上を図ることが可能なスターリングエンジンの熱交換器を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００７］
上記課題を解決するための本発明は、２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備え、前記立ち上がり部が前記気筒の配列方向および前記気筒の延伸方向に平行な第１の平面に沿って配置されるとともに、前記立ち下がり部が前記第１の平面に平行な第２の平面に沿って配置されたスターリングエンジンの熱交換器である。
［０００８］
また本発明は前記接続部が、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを折り返すようにして結ぶ折り返し部であり、前記折り返し部が、前記立ち上がり部および前記立ち下がり部が連なる一対の折り曲げ端部を備えており、前記一対の折り曲げ端部が互いにオフセットするとともに、該一対の折り曲げ端部のオフセット間隔が、オフセット方向において前記立ち上がり部および前記立ち下がり部の間に隙間を形成可能な間隔に設定されており、且つ前記立ち上がり部および前記立ち下がり部が、オフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている構成であることが好ましい。
［０００９］
［００１０］
また本発明は前記配管群が前記接続部を複数備えた構成であることが好ましい。
［００１１］
また本発明は前記配管群が、前記接続部を複数備えており、前記接続部を複数備えることで形成される新たな立ち上がり部を前記第１の平面に沿って配置するとともに、前記接続部を複数備えることで形成される新たな立ち下がり部を前記第２の平面に沿って配置した構成であることが好ましい。
［００１２］
また本発明は前記複数の配管が互いに等長である構成であることが好ましい。
［００１３］
また本発明は前記複数の配管が互いに等長、且つ同形状である構成であることが好ましい。
［００１４］
また本発明は前記接続部における前記複数の配管の部分密度を、前記立ち上がり部および前記立ち下がり部における前記複数の配管の部分密度よりも大きくした構成であることが好ましい。
［００１５］
また本発明は前記複数の配管が、左右非対称な形状で、且つ一端側に片寄
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
った形状を有しており、前記配管群が、前記片寄った形状が互いに離れるように一端および他端が互いに逆向きに設けられた第１の部分配管群および第２の部分配管群を備える構成であることが好ましい。
［００１６］
また本発明は前記第１の部分配管群において、前記立ち上がり部を前記第１の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を前記第２の平面に沿って配置し、前記第２の部分配管群において、前記立ち上がり部を前記第２の平面に沿って配置するとともに、前記立ち下がり部を前記第１の平面に沿って配置した構成であることが好ましい。
［００１７］
また本発明は前記接続部を複数備え、前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部それぞれが、該接続部の数で前記２つの気筒のボアピッチを割った長さを有して前記ボアピッチを長さとする範囲を均等に区分するそれぞれの範囲内に、一端側から他端側に向かって順に含まれるように設けられている構成であることが好ましい。
発明の効果
［００１８］
本発明によれば、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることができる。また本発明によれば、さらには熱交換性能の更なる向上や製作容易性の向上を図ることができる。
図面の簡単な説明
［００１９］
［図１］実施例１にかかる加熱器を備えたスターリングエンジンを示す図である。
［図２］実施例１にかかるスターリングエンジンのピストン・クランク部の概略構成図である。
［図３］実施例１にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
［図４］伝熱管および伝熱管群についての補足説明図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
［図５］実施例１にかかる加熱器を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ
【国際調査報告】
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